CN1751262A

CN1751262A - 反射工作方式下具有黑/白显示或灰度值显示的透射式显示装置

Info

Publication number: CN1751262A
Application number: CNA2004800043105A
Authority: CN
Inventors: M·鲍尔; A·托特
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2006-03-22
Also published as: JP2006515079A; KR20050097950A; TW200415415A; DE10306291B3; US20060145946A1; EP1592998A1; WO2004072716A1

Abstract

公开了一种具有用于允许背景照明(LQ)的光线进入的第一透明衬底(S1)的透射式显示装置，其中，第一透明衬底装备有第一电极(E1)。显示装置(A2)此外具有用于显示图形图案的第二透明衬底(S2)，其中，第二透明衬底装备有第二电极(E21，E22，E23)。在第一和第二透明衬底之间装设了尤其是液晶层(LC)形式的光电材料。此外，显示装置包括像点段(BPA1，BPA2，BPA3)，该像点段(BPA1，BPA2，BPA3)被装设在各自的第一和第二电极的重叠区处，并且分别具有用于反射通过第二衬底进入的光线的反射元件(R1，R2，R3)和用于过滤和允许通过第一衬底进入的光线在第二衬底的方向上通过的滤色器元件(FF1，FF2，FF3)，其中反射元件被布置在第二衬底侧，而滤色器元件被布置在第一衬底侧。由此在显示装置的透射的工作模式下实现了图形图案的彩色显示，而在反射的工作模式下提供了具有高对比度和大亮度的黑白显示或灰度级显示。

Description

反射工作方式下具有黑/白显示或灰度值显示的透射式显示装置

本发明涉及一种透射式显示装置，该显示装置尤其是在透射的工作模式下提供彩色显示，而该显示装置在反射的工作模式下提供黑白显示或灰度级显示。

液晶显示(LCD，Liquid Cristal Display)的主要组成部分是装设在两个对准层(Alignment Layers)之间的由液晶制成的层。液晶的分子拥有长椭圆的形状，并且不用外部影响就平行对准。此外，液晶的分子具有在结构的方向上对准沟状结构化的表面的特性。如图1中示出的那样，当向列相中的液晶LC被引入两个扭转了90°的(这里通过表面OF1和OF2的箭头a和b来示出的)对准层之间时，该向列相中的液晶LC基于其分子结构对准这里用作对准层的沟状结构化的表面OF1、OF2，并且基于其机械特性而螺旋形扭转。这种装置在扭转角为90°时称为扭曲向列(TN，Twisted Nematic)，而在扭转角为270°时称为超扭曲向列(STN，Super Twisted Nematic)。如果在两个层之间施加电场，则液晶分子沿着场的方向对准。

除了图1中所示出的构造以外，针对液晶显示装置此外必需两个起偏器和至少两个电极，在该两个电极的重叠区中实现了像点段(Bildpunktabschnitt)。如果现在如图2A中所示出的那样由第一或后面的起偏器P1偏振的(例如背景照明的)光线射到螺旋形布置的液晶LC上，则根据分子的扭转角将该光线在其偏振方向上转动。这样该光线被射到第二或前面的起偏器P2(分析器)上，该起偏器P2的偏振方向相对于第一起偏器P1的偏振方向扭转了90°。该光线因而向观察者(图中向下)穿透。

如果如图2B中所示出的那样由电压源VOL产生电场并将该电场通过对准层ARL(根据图1的表面OF1和OF2)应用到液晶分子LC上，则液晶分子LC根据该电场来对准。现在从上方投射到图2B中所示出的液晶装置上的光线首先由起偏器P1来偏振，然后穿透上方的对准层ARL，并且然后再度遵循液晶的定向。由于在本情况下该光线的偏振平面没有扭转了90°(如图2A中那样)，所以该光线不能向下、也就是穿过第二起偏器P2。因此可能的是，通过液晶装置的电气控制来影响该液晶装置的光学的(尤其是有关透射性方面的)特性。

刚刚关于图2A和2B已阐述的内容是单个像点段的控制。可是传统的液晶显示装置包括许多这样的像点段，通过这些像点段的有针对性的控制可以在液晶显示装置上示出像字母数字的字符、符号、图形、照片等等那样的图形图案。液晶显示装置为此包括例如由玻璃制成的第一透明衬底，在该第一透明衬底上安放了第一起偏器。此外，该液晶显示装置具有第二透明衬底，在该第二透明衬底上安放了第二起偏器，该第二起偏器的偏振平面相对于第一起偏器的偏振方向扭转了90°。由液晶制成的层位于两个衬底之间。此外还装设了电极的矩阵形装置，例如在第一衬底上的行电极和在第二衬底上的列电极。在各自的行电极和列电极的重叠区中可如此规定可以有针对性地电气控制的像点段。关于单个像点段电的控制，区分为有源矩阵液晶显示(AMLCD)和无源矩阵液晶显示(PMLCD)。由于在PMLCD中直接通过行电极和列电极的矩阵形装置来控制单个像点段，所以在这种情况下原则上决定了，仅利用图像示出的整个时间的1/(分辨率＝像点段的总数)来控制每个单个单元。因为在余下的时间里单元是在无电压的状态下，所以必须相应地惰性地(traege)调节液晶，以便避免在余下时间期间的返回扫描(Rueckkippen)，并因此避免了对比度损失和闪光效应。

在AMLCD中相反地通过自己的薄膜晶体管(TFT)来控制每个像点段，该薄膜晶体管存储了各自像点段的信息。

由于针对液晶显示装置的背景照明通常应用白色光，所以为了示出彩色图像必须利用合适的滤色器来过滤该光线。在此给每个单个像点段分配了一定的滤色器，其中，通常存在三类滤色器、即红色的滤色器、黄色的滤色器和蓝色的滤色器。于是将具有该三种不同的滤色器的三个像点段合并成一个像素(Pixel)。

除了液晶显示装置的迄今所述的透射的工作模式之外，其中背景照明的光线通过第一起偏器或第一衬底进入显示装置中，并且在借助液晶层的可能的影响之后为了显示图形图案在像点段中又通过第二衬底或第二起偏器来射出，在透射式显示装置中也存在反射的工作模式。在这种情况下，不是背景照明的光线通过第一起偏器(第一衬底)来进入，而是环境光线通过第二起偏器(第二衬底)侵入显示装置，穿越液晶层并且最终由有利地安放在第一衬底上的透射式层来反射。该透射式层在此具有用于反射光线的反射元件，并且此外具有用于允许光线通过的通道缺口或缝隙(应在第二衬底的方向上允许源自背景照明的光线通过)。

以下现在应示意性地根据示出了液晶显示装置的各自的截面视图的图3和4来阐述具有单个组件的传统装置的液晶显示装置。

图3中示出了液晶显示装置A1，其中为了说明而示出了三个分别具有不同滤色器FF1(具有颜色红色)、FF2(具有颜色黄色)和FF3(具有颜色蓝色)的(通过垂直的虚线表征的)像点段BPA1、BPA2和BPA3。在此，在第一电极E1和三个其走向与第一电极E1垂直的电极E21、E22和E23的重叠区中实现了各自的像点段。电极在此由诸如铟锡氧化物(ITO)的透明材料来制成。电极E 1被布置在第一透明衬底S1上，在该第一透明衬底S1的相对侧安放了第一起偏器P1。电极E21、E22和E23被安放在第二透明衬底S2上，在该第二透明衬底S2的相对侧安放了第二起偏器P2。此外，在第一电极上将反射元件R1、R2和R3有利地构造为透射式层的部分，其中，在各自的反射元件上装设了各自的滤色器FF1、FF2和FF3。各自的滤色器FF1、FF2和FF3的一部分在此与各自的反射元件重叠，而其它的部分突出于各自的反射元件之外。于是在滤色器FF1至FF3和各自的两个电极E21至E23之间装设了由液晶制成的层(出于清晰性的原因这在图中略去了)。

在液晶显示A1的透射的工作模式下(如图3中示出的那样)，其中(通过三个斜向上伸展的箭头表征的)光线由用于背景照明的光源来提供，该光线通过第一起偏器P1和第一透明衬底S1侵入液晶显示，并且在那里一方面射到反射元件R1至R3上，而另一方面射到各自的滤色器的突出于反射元件之外的部分上，在该反射元件R1至R3上该光线又被反射回。(通过在各自箭头的根部上的字母“W”来表征的)通常为白色的背景光线通过滤色器的这些突出的部分来过滤，并且然后可以在(通过电极E1、E21、E22、E23)相应地控制各自的像点段时通过第二透明衬底S2和第二起偏器P2(在图中向上)再度射出。

图4中现在示出了像图3中那样的相同的液晶显示装置A1，其中这里现在应阐述显示装置的反射的工作模式。如在图中可看到的那样，在这种情况下不是背景照明的光线通过第一起偏器P1和第一衬底S1来进入而是环境光线(通过字母“W”表征的、通常为白色的环境光线)通过第二起偏器P2和第二衬底S2侵入显示装置中，穿越各自的第二电极和液晶层，并且最终射到各自的滤色器FF1至FF3上。该光线现在第一次在通向各自的反射元件R1至R3(在图中向下)的路径上穿越各自的滤色器，在反射元件上反射，并且最终第二次穿越滤色器，以致在结束时从显示装置或第二起偏器P2中射出所过滤的光线，该光线对应于刚刚穿过的滤色器的颜色。

在根据图3和4的这样的传统的显示装置中已证明为不利的是，尤其是在反射模式下，基于入射的环境光线必须两次穿过滤光器的事实，由显示装置在起偏器P2的该显示装置的外表面上提供的显示显得很暗，并且因此是难于读取的。

因此本发明的任务在于完成一种显示装置，该显示装置既在透射模式下又在反射模式下可以良好地读取。

通过根据权利要求1的显示装置以及通过根据权利要求10的具有显示装置的电气设备来解决该任务。本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

显示装置在此具有用于允许背景照明的光线进入的第一透明衬底，其中该第一透明衬底装备有第一电极。此外，该显示装置具有用于允许光线通过或射出光线的第二透明衬底，该光线在显示装置中被改变或被影响，其中第二透明衬底装备有第二电极。在第一和第二透明衬底之间装设了光电材料。此外，显示装置具有装设在各自的第一和第二电极的重叠区处的像点段，并且这些像点段分别具有用于反射通过第二衬底进入的光线的反射元件和用于过滤和允许通过第一衬底进入的光线在第二衬底的方向上通过的滤色器元件。滤色器元件在此具有与反射元件重叠的片段或部分，并且具有突出于反射元件的部分，其中，通过该突出的部分可以允许光线首先在第二衬底的方向上通过滤色器元件。在此，在第二衬底侧布置了反射元件，而在第一衬底侧布置了滤色器元件。这样的装置引起，在显示装置的透射模式下，光线现在可以通过第一透明衬底侵入该显示装置中，射到像点段的各自的滤色器上，该光线按照像点段通过电极的控制被阻断，或者但是被允许在第二衬底方向上通过，以便在该衬底的外侧或外表面上给用户提供具有彩色的图形图案的彩色显示。相反地在反射的工作模式下，其中光线通过第二透明衬底进入显示装置中，现在光线在穿越光电材料之后直接射到像点段的各自的反射元件上，并且由这些反射元件来反射。于是光线在这里也根据像点段通过电极的控制来阻断，或再度通过第二衬底来射出，以便在该衬底的外侧上给用户提供(图形图案的)显示。基于在反射模式下不再穿越滤色器的事实(正如在现有技术中是这种情况那样)，根据本发明的显示装置在反射模式下仅示出(图形图案的)灰度级显示。为此在这种情况下主要改善了显示的对比度以及亮度，由此改善了显示、也即涉及字符、符号、图形或照片的图形图案的可读取性。

根据有利的改进方案，显示装置此外可具有第一起偏器并且具有第二起偏器，该第一起偏器被分配给第一透明衬底并被安放在该第一透明衬底上，该第二起偏器被分配给第二透明衬底并被安放在该第二透明衬底上并且具有垂直于第一起偏器的偏振平面的偏振平面。起偏器在此可以被安放在各自衬底的各自的内表面上(即在光电材料侧)或外表面上。

此外，光电材料可包括由液晶制成的层。

根据一种其它的有利的改进方案，第一电极互相平行地布置，并且在第一方向上伸展，而第二电极同样互相平行地布置，并且在垂直于第一方向的第二方向上伸展。以此方式可以实现具有列电极和行电极的矩阵形电极装置，其中，可以电气控制在电极的重叠区中的像点段。第一和第二电极在此有利地由诸如铟锡氧化物(ITO)的透明材料制成。

根据一种有利的改进方案，显示装置被构造为尤其是以TFT(薄膜晶体管(Thin Film Transistor))液晶显示为实施形式的有源矩阵液晶显示或被构造为尤其是以CSTN(彩色超扭曲向列(ColourSuper Twisted Nematic))液晶显示为实施形式的无源矩阵液晶显示。

为了提供背景照明，可以设想显示装置具有自己的光源，该光源相邻于第一透明衬底或第一起偏器被布置在光电材料的相对侧上。这意味着，光源被布置在真正产生图像的设备之外并且用来提供为了在显示装置的透射模式下实现图形图案的显示而必需的光线。

滤色器元件有利地包括红、黄和蓝的颜色，其中，具有红、黄和蓝的颜色的三个相邻的像点段分别示出了一个彩色像素。

根据本发明的一个其它方面完成一种电气设备，该电气设备包括一种根据上面的示图或有关于此的有利的改进方案的显示装置。在此可能的是，该电气设备具有用于提供显示装置的背景照明的设备自己的光源，其中，该设备自己的光源被布置在第一透明衬底侧。在此情况下，可以去掉显示装置自己的光源。电气设备优选地被构造为移动设备，尤其是被构造为移动电话或移动无线电设备，被构造为诸如PDA(个人数字助理(Personal digital Assistent))的便携式计算机或时钟等。

以下参考附图来详细阐述本发明的优选的实施形式。其中：

图1示出了布置在两个对准层之间的液晶分子的示意图；

图2A和2B示出了液晶显示的主要组件的示意图，用于阐述光透射与作用在液晶层上的电场有关的控制；

图3示出了恰好在透射工作模式下运行的、传统的透射式液晶显示的示意性截面视图；

图4示出了像图3所示的那样的相同的显示装置的示意图，其中这里示出了反射的工作模式；

图5示出了根据本发明的优选实施形式的液晶显示的示意性截面视图，其中图5中示出了透射的工作模式；

图6示出了像图5中那样的相同的液晶显示的示图，其中，这里示出了反射的工作模式；

图7示出了以移动无线电设备或移动电话为实施形式来实现的电气设备的示意图；

图8示出了以小型便携式计算机为实施形式来实现的电气设备的示意图。

现在首先应参考图5来阐述本发明的优选的实施形式。图5在此示出了透射式液晶显示装置A2的主要组件的示意性截面视图。类似于图3的液晶显示装置A1，液晶显示装置A2包括在其间布置了液晶层LC形式的光电材料的第一透明衬底S1和第二透明衬底S2。有利地将玻璃衬底用作透明的第一和第二衬底。在第一透明衬底S1上将起偏器P1安放在外表面上，而在内侧安放第一电极E1。在第二透明衬底S2上将起偏器P2安放在外表面上，并且在内表面上安放了各自的电极E21、E22和E23。在此要提及的是，显示装置A2除了图中可以看到的电极之外还具有其它电极，也就是具有平行于电极E1地布置在第一衬底S1上的其它的第一电极以及平行于电极E21、E22和E23地布置在第二衬底S2上的其它的第二电极。第一和第二电极在此形成了具有行电极和列电极的矩阵形结构。

在第一电极E1和第二电极E21至E23的重叠区处，实现了通过垂直伸展的虚线表征的各自的像点段BPA1、BPA2和BPA3。要说明的是，像点段不局限于电极之间的空间中，而是与显示装置的区域有关，该区域可以单独控制并具有各自的反射元件或滤色器元件。像点段BPA1在此包括第一反射元件R1和代表颜色“红色”的第一滤色器元件FF1，第二像点段BPA2包括第二反射元件R2和代表颜色“黄色”的第二滤色器元件FF2，而第三像点段BPA3包括第三反射元件R3和代表颜色“蓝色”的第三滤色器元件FF3。各自的反射元件在此具有几乎100％的反射特性，并且例如由铝构成。在此可能的是，反射元件被构造为安放在滤色器元件之上的透射式层的部分。该透射式层在此包括反射元件，并在反射元件之间具有光线可以穿过的通道缺口或缝隙。如在图中可以看到的那样，这样来布置滤色器元件，使得该滤色器元件具有与各自的反射元件重叠的区域，并且具有突出于反射元件的部分。该优选实施形式的特征在于，反射元件被布置在第二衬底侧，而滤色器元件被布置在第一衬底侧，也就是被布置在背景照明的光线的入射侧(附图中从下方来)。如图中所示出的那样，可以设想在这个第一电极(或这些第一电极)上安放各自的滤色器元件，而反射元件(或透射式层)被安放在滤色器元件上。

如果现在以透射模式来驱动液晶显示装置A2(如图5中所示出的那样)，则(通过三个斜向左上方伸展的箭头表征的)光线从用于背景照明的光源LQ在图中从下方来通过第一起偏器P1进入显示装置中，穿过透明的衬底S1以及第一电极E1，并且射到各自的滤色器元件FF1至FF3上。图中布置在液晶显示装置A2的真正给出图像的部分之下、也就是在第一透明衬底S1或第一起偏器P1侧上的光源LQ例如可以具有一个或多个LED(LED：发光二极管(light-emittingdiode))或可以具有光导管，该光导管从LED或发光管接受光线并且根据该图输送给给出图像的部分。在代表背景光线的箭头的原点上的、光源或背景照明的(通过字母W表征的)通常为白色的光线相应地在各自的滤色器元件FF1至FF3中被过滤，并且现在穿越由液晶制成的层LC、各自的第二电极E21至E23以及第二透明衬底，和通过第二起偏器P2以所穿越的滤色器的颜色从显示装置中射出。对此的前提是，通过电极E1或E21至E23来这样控制像点BPA1至BPA3，使得光线可以透射过去。

这意味着，在透射工作模式的这种情况下，其中在第一衬底S1或第一起偏器P1侧提供了用于背景照明的光源，在第二衬底或其所分配的第二起偏器侧提供了具有彩色图形图案的彩色的显示。三个在图中示范性示出的像点段BPA1、BPA2、BPA3在此代表(彩色的)像素。

以下现在应根据图6来阐述显示装置的反射的工作模式，如在图5中已经详细说明的那样。在此，出于更好的描述的原因，图6中仅仅规定了为了理解所必需的参考符号。与透射模式相反(如透射模式在图5中示出的那样)，在反射模式中从第一起偏器P1或第一衬底S1侧没有背景照明的光线侵入显示装置A2中，也就是说在反射模式中与透射模式相反地关断了光源LQ。更确切地说，现在环境光线(通过图中上方的字母W表征的、通常为白色的环境光线)通过第二起偏器P2侵入显示装置A2中，穿越第二透明衬底以及各自的第二电极和由液晶制成的层LC，并且最终射到光线简单穿过的滤色器元件的突出或伸出的部分上，以及射到各自的反射元件R1、R2和R3上。在这些反射元件上直接反射光线，而不用像在现有技术中那样必须两次穿越各自的滤色器元件(对此请参阅图4)。按照像点段通过第一和第二电极的控制，进入液晶显示装置A2中的白色的光线又作为白色的光线被射出，或者在施加相应的电场到液晶层LC上时在像点段中不再射出光线(在射出部分的末端上通过代表黑色(没有光线)/白色(光线)的字母B/W来表征)。

这意味着，在显示装置A2的反射工作模式下，在分配给第二衬底的第二起偏器P2的外表面(即显示面)上不提供具有彩色图形图案的彩色显示而是提供黑白显示或灰度级显示。由于(如已经提及的那样)在显示装置的反射工作模式下与现有技术相反进入的环境光线不必两次穿越一个滤色器元件(一次在反射元件上的反射之前，和一次在反射元件上的反射之后)，所以光线的强度较少衰减，并且显示装置A2提供了具有较大亮度和较高对比度的黑白显示或灰度级显示，以致改善了诸如符号、字符、图形或图像的图形图案的可读取性。这意味着，通过关断背景照明(当低于供应显示设备或背景照明的蓄电池的一定充电电平时，例如由用户手动地或由控制设备自动地)调节节电(反射)模式，尽管如此该模式仍然实现了显示的良好的可读取性。因此可以延长包括显示设备A2的电气设备的使用寿命。

总之因此可以确定，通过像点段的特别的改进方案，在这些像点段中在第二衬底侧布置了各自的反射元件，而在第一衬底侧或在光源LQ侧布置了相应的滤色器元件，在透射模式下(在接通的光源处)提供了彩色显示，而在反射的模式下(在关断的光源处)提供了具有高亮度和高对比度的黑白显示或灰度级显示。

根据本发明的显示装置可在如图7和8中示意性示出的电气设备中应用。

在此，如图7中示出的那样，在以移动无线电设备或移动电话形式构造的电气设备EG1中装设了根据本发明的显示装置AZ(例如显示装置A2)。

可是根据本发明的显示装置AZ(再度例如显示装置A2)也可以在便携式计算机形式的、尤其是以PDA为实施形式的电气设备EG2中被采用，如在图8中示出的那样。

Claims

1.显示装置，其具有以下特征：

-用于允许背景照明(LQ)的光线进入的第一透明衬底(S1)，其中所述第一透明衬底(S1)装备有第一电极(E1)；

-第二透明衬底(S2)，其中所述第二透明衬底(S2)装备有第二电极(E21，E22，E23)；

-装设在所述第一(S1)和第二(S2)透明衬底之间的光电材料(LC)；

-像点段(BPA1，BPA2，BPA3)，所述像点段(BPA1，BPA2，BPA3)被装设在所述各自的第一和第二电极的重叠区处，并且分别具有用于反射通过所述第二衬底进入的光线的反射元件(R1，R2，R3)和用于过滤和允许通过所述第一衬底进入的光线在所述第二衬底的方向上通过的滤色器元件(FF1，FF2，FF3)，其中在所述第二衬底侧布置了所述反射元件而在所述第一衬底侧布置了所述滤色器元件。

2.按权利要求1所述的显示装置，该显示装置此外具有安放在所述第一透明衬底(S1)上的第一起偏器(P1)，并且具有第二起偏器(P2)，该第二起偏器(P2)被安放在所述第二透明衬底(S2)上并具有垂直于所述第一起偏器的偏振平面的偏振平面。

3.按权利要求1或2所述的显示装置，其中，所述光电材料(LC)包括由液晶制成的层。

4.按权利要求1至3之一所述的显示装置，其中，所述第一电极(E1)互相平行地布置并在第一方向上伸展，其中所述第二电极(E21，E22，E23)同样互相平行地布置并在垂直于所述第一方向的第二方向上伸展。

5.按权利要求1至4之一所述的显示装置，其中，所述第一和第二电极由透明材料、尤其是铟锡氧化物构成。

6.按权利要求1至5之一所述的显示装置，该显示装置被构造为尤其是以TFT液晶显示为实施形式的有源矩阵液晶显示或者被构造为尤其是以CSTN液晶显示为实施形式的无源矩阵液晶显示。

7.按权利要求1至6之一所述的显示装置，该显示装置此外具有用于装设背景照明的光源，该光源相邻于所述第一透明衬底地被布置在所述光电材料的相对侧上。

8.按权利要求1至7之一所述的显示装置，其中，所述各自的滤色器元件(FF1，FF2，FF3)包括颜色红、黄、蓝。

9.按权利要求8所述的显示装置，其中，具有颜色红、黄和蓝的三个相邻的像点段分别示出了一个彩色像素。

10.具有按权利要求1至10之一所述的显示装置(A2，AZ)的电气设备。

11.按权利要求10所述的电气设备，该电气设备具有设备自己的光源，用于提供所述显示装置(AZ)的背景照明，其中所述设备自己的光源被布置在所述第一透明衬底侧。

12.按权利要求10或11之一所述的电气设备，该电气设备被构造为移动的设备、尤其是移动电话(EG1)、便携式计算机(EG2)或时钟。